CN102297216A - 楔块式双向超越离合器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楔块式双向超越离合器，通过保持架设置用于对楔块施加沿径向向外合力使其紧靠外圈内圆的弹性片，楔块径向向内的端面与内圈外圆设有径向间隙，本发明外圈转动时，摩擦力带动楔块绕其支点(轴向中心线)转动一定角度，楔块啮合面根据结构以及外圈转向不同，可实现外圈双向啮合传动或者单向啮合；而内圈转动时，由于楔块与内圈外圆之间存在间隙，因此实现双向超越，具有较高的传动和超越精度，保证超越离合器的双向啮合或超越时稳定运行，保护楔块以及内圈和外圈啮合面不受损坏；使超越离合器结构相对简单，可在圆周方向多布置楔块实现传动，因而，在相同载荷的情况下，比现有技术的超越离合器的体积小，适用于重载；并且加工、装配和拆卸过程简单。

Description

楔块式双向超越离合器

技术领域

本发明涉及一种用于机动车传动的离合设备，特别涉及一种用于交通、机动车、轻工机械、化工机械和装备制造领域的双向超越离合器。

背景技术

超越离合器是随着动力产品的发展而出现的基础部件，它是用于原动机和工作机之间或机器内部主动轴与从动轴之间动力传递与分离功能的重要部件。主要是利用主、从动部分的速度变化或旋转方向的变换，具有自行离合功能的装置。实践中，多数为利用牙的啮合、棘轮-棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩的离合器。

楔块超越离合器用异形楔块代替滚柱作为楔紧件，是用楔块和内、外圈组成摩擦副的一种离合器。当内圈、外圈与楔块之间由于相互挤压导致摩擦力增大而无相对运动，转向相同，转速相等，则达到传递转矩的目的。楔块式双向超越离合器是为较为特殊的应用场合专门设计，可以实现外圈主动时可以带动内内圈顺时针或逆时针双向啮合传递动力，内传动轴主动时却可以正向、逆向双向空转转动，不传递动力，也就是被动轴可以双向超越主动轴，比如，对于电动车来说，为了实现不用手动离合器设备可以电动/手动运行或轻松倒车。由于楔块式双向超越离合器具有上述性质，现有技术的设计均采用设计不同楔块之间采用两个方向啮合来实现，而超越时需要借助与被动轴配合的拨叉来实现啮合分离，达到超越的效果。由于拨叉随被动轴运动，楔块与拨叉之间设定圆周方向的间隙，存在超越或者啮合空位，动作精度较差，而且加工过程复杂，要求加工标准较高，否则会出现楔块啮合或者超越过程并不同步，导致部分楔块没有脱离啮合的现象，造成机械故障；由于拨叉的存在，在圆周方向无法布置较多的楔块，因而，双向超越离合器的负载能力较普通的超越离合器差。而对于重载场合，则需加厚加大相关零件的尺寸，使得超越离合器体积大，较为笨重且材料成本较高。主要的是，现有的双向超越离合器均为内圈双向超越，外圈双相啮合，具有应用的局限性。

因此，需要对现有的楔块式双向超越离合器进行改进，能够根据传动需要，实现外圈单向或者双向啮合传动，内圈双向超越，具有较高的传动和超越精度，减小楔块、内圈和外圈之间的冲击震动，保证超越离合器的双向啮合或超越时稳定运行，保护楔块以及内圈和外圈啮合面不受损坏；与现有技术的超越离合器相比能够达到体积小，适用于重载的效果；并且加工、装配和拆卸过程简单。。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种楔块式双向超越离合器，能够根据传动需要，实现外圈单向或者双向啮合传动，内圈双向超越，具有较高的传动和超越精度，避免现有技术超越或者啮合时存在效率低的问题，保证了内圈主动时具有极高效率，降低材料消耗，减小加工难度，减轻了热处理变形，保证了有较高的加工精度；减小楔块、内圈和外圈之间的冲击震动，保证超越离合器的双向啮合或超越时稳定运行，保护楔块以及内圈和外圈啮合面不受损坏；与现有技术的超越离合器相比能够达到体积小，适用于重载的效果；并且加工、装配和拆卸过程简单。

本发明的楔块式双向超越离合器，包括外圈、内圈和楔块，还包括保持架，所述楔块以可绕轴向中心线转动的方式设置于保持架，所述保持架上位于楔块圆周方向两侧设有共同对楔块施加预紧力的弹性片，楔块圆周方向两侧的弹性片预紧力合力沿径向向外使楔块径向外侧端部紧靠外圈内圆；所述楔块径向向外的端部在圆周方向为外凸的啮合面，楔块径向向内的端面设有啮合面，楔块径向向内的端面与内圈外圆设有径向间隙，该径向间隙与楔块的径向尺寸之和小于等于楔块啮合时的径向啮合尺寸。

进一步，楔块径向向内的端面上的啮合面为两个，两个啮合面在圆周方向对称设置；

进一步，楔块径向向内的端面上的啮合面为一个，该啮合面沿圆周方向位于楔块径向中心线的一侧；

进一步，所述保持架包括撑环Ⅰ和撑环Ⅱ，所述撑环Ⅰ和撑环Ⅱ分列于楔块轴向两侧，所述弹性片轴向两端固定连接于撑环Ⅰ和撑环Ⅱ；所述楔块轴向两端分别对应与撑环Ⅰ和撑环Ⅱ以可绕楔块轴向中心线转动的方式配合；

进一步，位于撑环Ⅰ和撑环Ⅱ轴向外侧分别设有支撑于外圈与内圈之间的轴承；

进一步，相邻楔块之间的弹性片一体成型且形成径向截面为V形结构的弹性片组；所述楔块沿圆周方向两侧分别形成径向截面为梯形的开口凹槽，V形结构的弹性片组的弹性片分别对应顶在楔块开口凹槽径向向外的侧壁斜面上，所述弹性片与楔块开口凹槽径向向外的侧壁斜面接触处折弯形成弧形结构；

进一步，所述撑环Ⅰ和撑环Ⅱ沿轴向向内一体成形设有托片，所述托片与楔块沿圆周方向间隔设置，所述弹性片组两端分别对应托于撑环Ⅰ的托片和撑环Ⅱ的托片上与其固定连接；

进一步，所述弹性片组两端分别与撑环Ⅰ的托片和撑环Ⅱ的托片通过铆接、焊接或者螺钉连接；

进一步，所述楔块径向向内的端部的啮合面的母线为对数螺旋线；

进一步，所述楔块轴向两端分别一体成型形成短轴，所述撑环Ⅰ和撑环Ⅱ分别对应设置与短轴转动配合的轴向孔；

进一步，所述外圈外圆一体成型设有外齿轮。

本发明的有益效果：本发明的楔块式双向超越离合器，保持架设有对楔块托起的弹性片结构，外圈转动时，摩擦力带动楔块绕其支点(轴向中心线)转动一定角度，楔块径向内侧端面啮合面与内圈外圆接触摩擦传动，当楔块径向内侧端面啮合面位于径向中心线两侧都设置时，而反相传动亦然；当楔块径向内侧端面啮合面位于径向中心线一侧设置时，反相则外圈超越；内圈转动时，由于楔块与内圈外圆之间存在间隙，因此实现双向超越，楔块在保持架的带动下具有较好的随动性，由于间隙较小，避免超越或者啮合时存在空位的问题，具有较高的传动和超越精度，避免现有技术超越或者啮合时存在效率低的问题，保证了内圈主动时具有极高效率，降低材料消耗，减小加工难度，减轻了热处理变形，保证了有较高的加工精度；减小楔块、内圈和外圈之间的冲击震动，保证超越离合器的双向啮合或超越时稳定运行，保护楔块以及内圈和外圈啮合面不受损坏；由于楔块径向内侧端面的啮合面设置不同，能够实现外圈的双向啮合或者单向啮合，能够适用于不同传动场合的需要；同时，能够由于去除了现有技术的拨叉结构，使超越离合器结构相对简单，可在圆周方向多布置楔块实现传动，因而，在相同载荷的情况下，比现有技术的超越离合器的体积小，适用于重载；并且加工、装配和拆卸过程简单。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为本发明轴向剖视图；

图3为图1A处放大图；

图4保持架的撑环Ⅰ或撑环Ⅱ结构示意图；

图5为图3沿B向视图；

图6为图4沿C向视图；

图7为本发明实施例二结构示意图；

图8为为图7D处放大图。

具体实施方式

图1为本发明实施例一结构示意图，图2为本发明轴向剖视图，图3为图1A处放大图，图4保持架的撑环Ⅰ或撑环Ⅱ结构示意图，图5为图3沿B向视图，图6为图4沿C向视图，如图所示：本实施例的楔块式双向超越离合器，包括外圈1、内圈2和楔块4，内圈2并不是单纯的为环状，也可以为轴状结构，包括所有主要目的是用于传动的结构；还包括保持架3，所述保持架3为随动结构，与内圈或外圈并没有固定连接关系；所述楔块4以可绕轴向中心线转动的方式设置于保持架，所述保持架3上位于楔块4圆周方向两侧设有共同对楔块施加预紧力的弹性片(图中，楔块两侧的弹性片分别为弹性片33和弹性片34)，楔块4圆周方向两侧的弹性片(弹性片33和弹性片34)预紧力合力沿径向向外使楔块4径向外侧端部紧靠外圈1内圆；所述楔块4径向向外的端部在圆周方向为外凸的啮合面，楔块4径向向内的端面设有啮合面，楔块4径向向内的端面与内圈2外圆设有径向间隙，该径向间隙与楔块4的径向尺寸之和小于等于楔块4啮合时的径向啮合尺寸，径向啮合尺寸是指楔块4径向外的啮合面与径向内的内啮合面能够发生啮合的径向尺寸，也就是沿径向向内的端面上的啮合面与沿径向向外的端面之间通过轴向中心线的连线尺寸大于等于该径向间隙与楔块的径向尺寸之和；而楔块的径向尺寸为沿超越离合器径向中心线的尺寸；楔块4在外圈1带动下转动时，楔块4绕轴向中心线发生圆周方向的转动，径向内侧端面其中一啮合面与内圈2外圆接触，实现啮合传动，啮合传动时楔块4与外圈1内圆的接触线(面)和与内圈2外圆的接触线(面)之间的距离大于间隙与楔块的径向尺寸之和；径向均指超越离合器径向，轴向指的是超越离合器轴向。

本实施例中，楔块径向向内的端面上的啮合面为两个，两个啮合面在圆周方向对称设置。

本实施例在使用时，外圈1主动，即外圈1转速高于内圈2或内圈2转速为零等情况，在弹性片预紧力以及离心力将楔块向外抛甩作用下，楔块外端心部紧贴外圈1内圆面上，外圈1与楔块4间的摩擦使楔块沿着摩擦力方向旋转，楔块4径向内侧端面上与转向相同一侧的啮合面与内圈1外圆接触，当旋转到一定角度时，楔块4与内圈2外圆表面和外圈1内圆表面同时锁死；反向亦然，实现双相啮合。

内圈2主动时，可认为外圈1转速低于内圈2或外圈1转速为零等情况：

外圈1转速为零时：楔块4下端面与内圈2表面一直有间隙；由于弹性片作用，楔块4与内圈2一直保持脱离状态；即楔块4与内圈2无摩擦，所以超越离合器一直处于超越状态，反向亦然，实现双向超越。

外圈1转速低于内圈2时：外圈1与楔块4间的摩擦力将带动楔块4沿摩擦力方向转动，即与内圈2有锁紧趋势，但由于内圈2转速高于外圈1，当楔块4旋转到与内圈2接触并发生摩擦时，楔块4与内圈1外圆表面间的摩擦力将驱动其朝相反方向转动。因为内圈2转速高于外圈1，所以楔块4与内圈2间的摩擦保证其与内圈2处于非锁紧状态。

本实施例中，所述保持架包括撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32，所述撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32分列于楔块4轴向两侧，所述弹性片(弹性片33和弹性片34)轴向两端固定连接于撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32；所述楔块4轴向两端分别对应与撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32以可绕楔块4轴向中心线转动的方式配合；可采用轴向贯穿楔块4的轴支撑于撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32，轴可以与楔块4或/和撑环Ⅰ31及撑环Ⅱ32转动配合，也可以采用其它结构；采用撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32的支撑，形成笼状结构，结构简单，重量较轻，并具有较好的抵抗弯矩的性质。

本实施例中，位于撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32轴向外侧分别设有支撑于外圈与内圈之间的轴承；轴承可采用滑动或者滚动轴承，本实施例采用滚动轴承，如图所示，分别为滚动轴承6和滚动轴承7；通过轴承进行支撑，避免内圈2和外圈1之间产生对楔块的不均匀压力，保证传动及超越的顺畅。

本实施例中，相邻楔块4之间的弹性片(弹性片33和弹性片34)一体成型且形成径向截面为V形结构的弹性片组；不但能够增加弹性片本身的支撑能力，增强保持架本身强度，并进一步简化制造工艺。

所述楔块4沿圆周方向两侧分别形成径向截面为梯形的开口凹槽，V形结构的弹性片组的弹性片(弹性片33和弹性片34)分别对应顶在楔块4开口凹槽径向向外的侧壁斜面上，(如图所示，弹性片33和弹性片34分别对应顶在相邻楔块4的开口凹槽4b和开口凹槽4a径向向外的侧壁斜面上)；具有较好的适应性，不但具有沿径向向外的托力，还产生圆周方向的夹持力，保证其在圆周方向的自由度收到一定的限制，并且易于回位，保证用较为简单的结构，达到较好的整体性、稳定性；所述弹性片与楔块开口凹槽径向向外的侧壁斜面接触处折弯形成弧形结构，接触处形成线性结构，使楔块转动灵活，避免由于多点接触导致的干扰。

本实施例中，所述撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32沿轴向向内一体成形设有托片36(图中以撑环Ⅰ31为例进行说明，由于撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32结构相同，托片分别为撑环Ⅰ31的托片35和撑环Ⅱ32的托片36)，所述托片(托片35和托片36)与楔块4沿圆周方向间隔设置，所述弹性片组两端分别对应托于撑环Ⅰ31的托片35和撑环Ⅱ31的托片36上与其固定连接；托片结构可以通过冲压一次成型，工艺简单，并且采用托片结构，还会增加支撑强度，减小弹性片除了承受预紧力以外的负荷，增加其使用寿命。

本实施例中，所述弹性片组两端分别与撑环Ⅰ31的托片35和撑环Ⅱ32的托片36通过铆接、焊接或者螺钉连接；优选点焊连接，保证连接强度的同时，还能避免其它部件的装配、转动干扰。

本实施例中，所述楔块4径向向外的端面为沿圆周方向的弧面，所述楔块4径向向内的端部在圆周方向对称的两个啮合面的母线均为对数螺旋线；具有较好的自锁效果，且避免超越干扰。

本实施例中，所述楔块4轴向两端分别一体成型形成短轴(图中为短轴5和短轴51)，所述撑环Ⅰ31和撑环Ⅱ32分别对应设置与短轴转动配合的轴向孔(图中分别为撑环Ⅰ31的轴向孔37和撑环Ⅱ32的轴向孔38)；结构简单，装配和拆卸容易，并且制造工艺简单。

本实施例中，所述外圈1外圆一体成型设有外齿轮，利于传动实现；还可以为柱型或其它形状，甚至为传动的罩壳结构。

图7为本发明实施例二结构示意图，图8为为图7D处放大图，如图所示：本实施例与实施例一的区别仅在于：本实施例中，楔块41径向向内的端面上的啮合面为一个，该啮合面沿圆周方向位于楔块径向中心线的一侧；径向中心线是指楔块41位于超越离合器径向上的中心线；如图所示，弹性片33和弹性片34分别对应顶在相邻楔块41的开口凹槽41b和开口凹槽41a径向向外的侧壁斜面上，楔块41径向内侧端面径向中心线一侧为啮合面，另一侧为圆弧面，该圆弧面转至与内圈外圆相对时，楔块41径向内侧端面与内圈外圆之间依然存在间隙。

本实施例在使用时，外圈啮合过程与实施例一过程相同，即外圈1主动，即外圈1转速高于内圈2或内圈2转速为零等情况，在弹性片预紧力作用下，在离心力将楔块向外抛甩作用下，楔块外端心部紧贴外圈1内圆面上，外圈1与楔块4间的摩擦使楔块沿着摩擦力方向旋转，当旋转方向与楔块4径向内侧端面上的啮合面相同方向时，则径向内侧端面的啮合面与内圈1外圆接触，当旋转到一定角度时，楔块4与内圈2外圆表面和外圈1内圆表面同时锁死，啮合传动；当外圈旋转方向相反时，外圈1与楔块4间的摩擦使楔块沿着摩擦力方向旋转，则楔块4径向内侧端面的非啮合面与内圈1外圆没有接触，实现外圈超越。

内圈2主动时，可认为外圈1转速低于内圈2或外圈1转速为零等情况：

外圈1转速为零时：楔块4下端面与内圈2表面一直有间隙；由于弹性片作用，楔块4与内圈2一直保持脱离状态；即楔块4与内圈2无摩擦，所以超越离合器一直处于超越状态。反向亦然，实现双向超越。

外圈1转速低于内圈2时：假定外圈转向为啮合方向；外圈1与楔块4间的摩擦力将带动楔块4沿摩擦力方向转动，即与内圈2有锁紧趋势，但由于内圈2转速高于外圈1，当楔块4旋转到与内圈2接触并发生摩擦时，楔块4与内圈1外圆表面间的摩擦力将驱动其朝相反方向转动。因为内圈2转速高于外圈1，所以楔块4与内圈2间的摩擦保证其与内圈2处于非锁紧状态。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种楔块式双向超越离合器，包括外圈、内圈和楔块，其特征在于：还包括保持架，所述楔块以可绕轴向中心线转动的方式设置于保持架，所述保持架上位于楔块圆周方向两侧设有共同对楔块施加预紧力的弹性片，楔块圆周方向两侧的弹性片预紧力合力沿径向向外使楔块径向外侧端部紧靠外圈内圆；所述楔块径向向外的端部在圆周方向为外凸的啮合面，楔块径向向内的端面设有啮合面，楔块径向向内的端面与内圈外圆设有径向间隙，该径向间隙与楔块的径向尺寸之和小于等于楔块啮合时的径向啮合尺寸。

2.根据权利要求1所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：楔块径向向内的端面上的啮合面为两个，两个啮合面在圆周方向对称设置。

3.根据权利要求1所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：楔块径向向内的端面上的啮合面为一个，该啮合面沿圆周方向位于楔块径向中心线的一侧。

4.根据权利要求2或3所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：所述保持架包括撑环Ⅰ和撑环Ⅱ，所述撑环Ⅰ和撑环Ⅱ分列于楔块轴向两侧，所述弹性片轴向两端固定连接于撑环Ⅰ和撑环Ⅱ；所述楔块轴向两端分别对应与撑环Ⅰ和撑环Ⅱ以可绕楔块轴向中心线转动的方式配合。

5.根据权利要求4所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：位于撑环Ⅰ和撑环Ⅱ轴向外侧分别设有支撑于外圈与内圈之间的轴承。

6.根据权利要求5所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：相邻楔块之间的弹性片一体成型且形成径向截面为V形结构的弹性片组；所述楔块沿圆周方向两侧分别形成径向截面为梯形的开口凹槽，V形结构的弹性片组的弹性片分别对应顶在楔块开口凹槽径向向外的侧壁斜面上；所述弹性片与楔块开口凹槽径向向外的侧壁斜面接触处折弯形成弧形结构。

7.根据权利要求6所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：所述撑环Ⅰ和撑环Ⅱ沿轴向向内一体成形设有托片，所述托片与楔块沿圆周方向间隔设置，所述弹性片组两端分别对应托于撑环Ⅰ的托片和撑环Ⅱ的托片上与其固定连接。

8.根据权利要求7所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：所述弹性片组两端分别与撑环Ⅰ的托片和撑环Ⅱ的托片通过铆接、焊接或者螺钉连接。

9.根据权利要求8所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：所述楔块径向向内的端部的啮合面的母线为对数螺旋线。

10.根据权利要求9所述的楔块式双向超越离合器，其特征在于：所述楔块轴向两端分别一体成型形成短轴，所述撑环Ⅰ和撑环Ⅱ分别对应设置与短轴转动配合的轴向孔。

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